利用宽频介电光谱与小角X射线散射技术研究聚烯烃形变机理及结晶过程的方法学研究

聚烯烃是一种应用很广泛的高分子材料，其形变机理以及结晶动力学过程对聚烯烃的加工及应用具有十分重要的指导意义。目前研究聚烯烃比较常用的X射线散射技术可以得到其结构方面的信息，但却无法给出相应的动力学过程；而介电光谱技术能够给出动力学方面的信息，却无法对其结构进行表征。近年来，国外一些研究者尝试将X射线技术与介电光谱技术相结合，在测试结构变化的同时得到其对应的动力学过程。目前，这项技术还仅限于研究聚合物等温冷结晶过程。本项目在以往研究的基础上，拟建立一套同步辐射二维小角X射线散射、宽频介电光谱及热台相结合的测试平台，并利用该平台来研究聚烯烃形变机理以及等温熔体结晶的过程。在此基础上进一步拓展该方法的研究领域，将其发展成研究聚烯烃的重要手段，并为聚烯烃的加工及应用提供一定的理论依据。

本课题的主要方向是研制一套可用于介电谱(DS)技术与同步辐射二维小角X射线散射(2DSAXS)技术同步测试的温度控制平台，并用此系统研究半晶聚合物结晶与形变的机理。X射线技术是表征半晶聚合物中晶体结构特征的主要手段，DS技术可用来研究分子运动，两者存在很好的互补性。近年来，将DS技术与SAXS技术结合起来研究高分子体系的结晶过程吸引了越来越多的关注，但在国内这一领域的研究还是一片空白。另外，国外的研究者采用本方法研究的对象主要是极性很强的高分子材料，对于弱极性的聚烯烃的研究还很少。在本课题的支持下，申请人所在的课题组设计并研制了一套可用于同步测试2DSAXS与DS的温度控制系统。该系统在上海光源小角站进行了多次测试，经过不断的改进已经可以满足部分实验的需求。应用本系统我们研究了等规聚丙烯(iPP)在不同温度下的退火过程，在不同温度下的熔体结晶过程以及升温过程中结构的变化。初步的研究结果显示在iPP中晶向非晶层的分子具有更高的活性。另外，我们还研究了聚己内脂(PCL)的结晶过程。目前，我们的测试平台还不适合在线研究样品的形变过程。下一步我们希望能改进测试平台，在其基础上加入拉伸设备。为了验证设想的可行性，我们用2DSAXS研究了尼龙6(PA6)在断裂过程中微观结构的变化以及iPP取向诱导结晶过程中晶体的生长过程，为下一步的研究作探索。